課程簡(jiǎn)介一、課程性質(zhì)：物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)必修課。二、學(xué)時(shí)數(shù)：32學(xué)時(shí)理論（2學(xué)分）+16學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)（0.5學(xué)分）三、學(xué)習(xí)目標(biāo)：了解嵌入式系統(tǒng)基本知識(shí)，熟悉嵌入式系統(tǒng)組成，掌握嵌入式系統(tǒng)基本組件的應(yīng)用開(kāi)發(fā)，能應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)初步解決物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的復(fù)雜工程問(wèn)題。五、考核方式：理論課：開(kāi)卷考試，實(shí)驗(yàn)課：考核與實(shí)踐六、成績(jī)?cè)u(píng)定：平時(shí)30%，考核考試70%課程背景一、計(jì)算機(jī)技術(shù)兩條大腿

計(jì)算機(jī)硬件+計(jì)算機(jī)軟件二、計(jì)算機(jī)應(yīng)用兩大分支 通用計(jì)算機(jī)應(yīng)用+

嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用

三、嵌入式系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)的層次結(jié)構(gòu)中感知層與網(wǎng)絡(luò)傳輸層均離不開(kāi)嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng) 物聯(lián)網(wǎng)的主要層次：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。感知與網(wǎng)絡(luò)層大都由嵌入式系統(tǒng)構(gòu)建。嵌入式系統(tǒng)課程與其它課程的關(guān)系嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)組成原理操作系統(tǒng)匯編/高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)軟硬件調(diào)試嵌入式系統(tǒng)分析微機(jī)原理與接口數(shù)字電路課程內(nèi)容第1章嵌入式系統(tǒng)概論第2章嵌入式處理器第3章嵌入式系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)第4章嵌入式最小系統(tǒng)第5章數(shù)字輸入輸出系統(tǒng)設(shè)計(jì)第6章定時(shí)計(jì)數(shù)組件第7章模擬輸入輸出系統(tǒng)設(shè)計(jì)第8章互連通信接口設(shè)計(jì)第9章嵌入式操作系統(tǒng)及其移植第10章嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例第1章嵌入式系統(tǒng)概論本章主要內(nèi)容嵌入式系統(tǒng)的概念1.1嵌入式處理器嵌入式系統(tǒng)的組成1.21.3嵌入式系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)1.6嵌入式操作系統(tǒng)1.4嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法1.5嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與調(diào)試工具1.71.1嵌入式系統(tǒng)的概述

1.1.1嵌入式系統(tǒng)的概念1.IEEE（國(guó)際電氣和電子工程師協(xié)會(huì)）的定義：DevicesUsedtoControl,MonitororAssist

theOperationofEquipment,MachineryorPlants2.國(guó)內(nèi)公認(rèn)定義：以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

3.簡(jiǎn)單定義：嵌入到對(duì)象體系中的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。4.三個(gè)要素：

嵌入性、專用性、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

1.是專用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)2.對(duì)環(huán)境的要求（物理、電氣、成本、功耗低等要求）3.必須是能滿足對(duì)象系統(tǒng)控制要求的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)4.集計(jì)算機(jī)技術(shù)與各行業(yè)于一體的集成系統(tǒng)5.具有較長(zhǎng)的生命周期6.軟件固化在非易失性存儲(chǔ)器中7.嵌入式系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求8.需專用開(kāi)發(fā)環(huán)境和開(kāi)發(fā)工具進(jìn)行設(shè)計(jì)1.1.2嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)

1.嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的四個(gè)階段：（1）8位/16位單片機(jī)為核心的初級(jí)嵌入式系統(tǒng)。（2）以32位嵌入式微控制器為基礎(chǔ)的中級(jí)嵌入式系統(tǒng)（3）以嵌入式操作系統(tǒng)為標(biāo)志的中高級(jí)嵌入式系統(tǒng)。（4）以Internet為標(biāo)志的高級(jí)嵌入式系統(tǒng)。2.嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)：（1）聯(lián)網(wǎng)成為必然趨勢(shì)。（2）支持小型電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)小尺寸、微功耗和低成本。（3）提供精巧的多媒體人機(jī)界面。1.1.3嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展17十月2025

消費(fèi)電子領(lǐng)域

嵌入式系統(tǒng)

信息家電

智能玩具

軍事電子

共享單車

智能家居及其它工控設(shè)備

工業(yè)過(guò)程控制

智能儀表

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

工業(yè)領(lǐng)域軍事國(guó)防領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)

網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域

汽車電子

飛行導(dǎo)航控制航空航天領(lǐng)域傳感器網(wǎng)絡(luò)

：食堂自助1.1.4嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用示例——消費(fèi)電子產(chǎn)品馬達(dá)控制器車燈尾燈控制系統(tǒng)后車門控制系統(tǒng)前車門控制系統(tǒng)座椅控制系統(tǒng)發(fā)動(dòng)器控制系統(tǒng)所有的控制系統(tǒng)都是一個(gè)完整的嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用示例——

汽車電子嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用示例——

航空航天嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用示例——

智能機(jī)器人嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用示例——

工業(yè)控制工業(yè)方面：機(jī)床、冶金、電子、交通等行業(yè)技術(shù)升級(jí)的重要基礎(chǔ)；嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用示例——

微型無(wú)人機(jī)阿富汗參加反恐作戰(zhàn)的“赫耳墨斯”價(jià)值4萬(wàn)美元，可攜帶2架攝像機(jī)，發(fā)揮了很好作用。嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用示例——

軍事嵌入式微控制器應(yīng)用示例——

智能家居嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用示例——物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用移動(dòng)POS金融供應(yīng)鏈智能運(yùn)輸工業(yè)自動(dòng)化智能建筑消防公共安全環(huán)境保護(hù)氣象數(shù)字化醫(yī)療遙感勘測(cè)軍事農(nóng)業(yè)林業(yè)水務(wù)電力煤炭石化物流、零售、自動(dòng)服務(wù)設(shè)備、安全、節(jié)能生產(chǎn)、安全、防災(zāi)、水電油氣防火、勘察、報(bào)警污染檢測(cè)、報(bào)警水質(zhì)、水量、污染、安全大棚、土壤、灌溉、環(huán)境、跟蹤抄表、監(jiān)控、節(jié)能設(shè)備、臨床、輔助診斷、病程險(xiǎn)情、油井、運(yùn)輸、管線聯(lián)動(dòng)、消防栓、定位、調(diào)度照明、信號(hào)、應(yīng)急、災(zāi)害、識(shí)別大地勘測(cè)、森林、地震、海洋偵查、監(jiān)控、定位、評(píng)估降水、防洪、遠(yuǎn)程設(shè)備交易、訂單、跟蹤、識(shí)別通風(fēng)、瓦斯、救災(zāi)定位庫(kù)存、車隊(duì)、監(jiān)控、導(dǎo)航、識(shí)別、貨物電子支付、實(shí)時(shí)信息

1.基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)（1）掌握一種嵌入式處理器的體系結(jié)構(gòu)；（2）了解一種操作系統(tǒng)（中斷，優(yōu)先級(jí)，任務(wù)間通信，同步...）；（3）要掌握C、C++及匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)（至少會(huì)C），必須在工程實(shí)踐中掌握一定的開(kāi)發(fā)技能。2.要有一個(gè)較好的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)和開(kāi)發(fā)環(huán)境在指令系統(tǒng)、應(yīng)用編程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)外圍功能接口應(yīng)用（最小系統(tǒng)、人機(jī)交互、通信互聯(lián)、數(shù)字輸入輸出、模擬輸入輸出等）知識(shí)的學(xué)習(xí)。3.操作系統(tǒng)的學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)也是學(xué)習(xí)的重要一部分，可以方便的進(jìn)行各種設(shè)備驅(qū)動(dòng)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)。1.1.5嵌入式系統(tǒng)的學(xué)習(xí)方法1.2嵌入式處理器

1.2.1嵌入式處理器種類

嵌入式微處理器—EMPU嵌入式微控制器—EMCU嵌入式數(shù)字信號(hào)處理器—EDSP嵌入式片上系統(tǒng)—ESOC嵌入式處理器

1、英國(guó)ARM（AdvancedRISCMachines）Limited公司成立于1990年，ARM是公司的名稱，已成為嵌入式處理器的代名詞了。目前，ARM架構(gòu)處理器已在高性能、低功耗、低成本應(yīng)用領(lǐng)域中占據(jù)領(lǐng)先地位。2、ARM公司是嵌入式RISC處理器的知識(shí)產(chǎn)權(quán)IP供應(yīng)商。為ARM架構(gòu)處理器提供了ARM處理器內(nèi)核。3、ARM公司把ARM處理器分為經(jīng)典ARM處理器、ARMCortex嵌入式處理器、ARMCortex實(shí)時(shí)嵌入式處理器、ARMCortex應(yīng)用處理器以及專家處理器四大類。1.2.2ARM嵌入式處理器簡(jiǎn)介17十月2025ARM及ARM公司1978年12月5日，物理學(xué)家赫爾曼·豪澤（HermannHauser）和工程師ChrisCurry，在英國(guó)劍橋創(chuàng)辦了CPU公司（CambridgeProcessingUnit），主要業(yè)務(wù)是為當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)供應(yīng)電子設(shè)備。1979年，CPU公司改名為Acorn計(jì)算機(jī)公司（開(kāi)始用MOTO的CPU，但太貴，80年代初轉(zhuǎn)向Intel索要286資料未果，只好自己研發(fā)CPU）1985年，設(shè)計(jì)了自己的第一代32位、6MHz的處理器，用它做出了一臺(tái)RISC指令集的計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱ARM（AcornRISCMachine）。

后面A改變了,ARM成為AdvancedRISCMachine的縮寫了。1990年11月27日，Acorn公司正式改名為ARM計(jì)算機(jī)公司。ARM公司的目標(biāo)是專注于滿足不斷增長(zhǎng)的對(duì)低費(fèi)用、低功耗、高性能芯片的市場(chǎng)需求。在眾多可能的商業(yè)模式中，ARM公司最終選擇了設(shè)計(jì)基礎(chǔ)技術(shù)，并將其以知識(shí)產(chǎn)權(quán)的形式向客戶進(jìn)行授權(quán)。ARM從經(jīng)典ARM到Cortex系列，占有手機(jī)90%、平板電腦80%以上份額。2016年7月18日ARM被日本的軟銀（軟件銀行集團(tuán)）收購(gòu)。

ARM嵌入式處理器分類1.3

嵌

入

式

系

統(tǒng)

的

組

成

1.3.1典型嵌入式系統(tǒng)硬件組成

嵌入式系統(tǒng)的軟件包括（1）設(shè)備驅(qū)動(dòng)層（2）嵌入式操作系統(tǒng)（如果需要的話）（3）應(yīng)用程序接口API層（4）實(shí)際用戶應(yīng)用程序?qū)印?.3.2嵌入式系統(tǒng)的軟件1.4嵌入式操作系統(tǒng)

1.4.1嵌入式操作系統(tǒng)的特點(diǎn)嵌入式操作系統(tǒng)通常包括與硬件相關(guān)的底層驅(qū)動(dòng)軟件、系統(tǒng)內(nèi)核、設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口、通信協(xié)議、圖形界面、標(biāo)準(zhǔn)化瀏覽器等。嵌入式操作系統(tǒng)具有編碼體積小、面向應(yīng)用、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可移植性好、可靠性高以及專用性強(qiáng)等特點(diǎn)。

1.

VxWorks：是美國(guó)WindRiver公司于1983年設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的一種實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。應(yīng)用在通信、軍事、航空航天.2.

pSOS:是ISI公司研發(fā)的產(chǎn)品，是世界上最早的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)之一，也是最早進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。3.PalmOS：3COM公司的PalmOS在掌上電腦和PDA市場(chǎng)上占有很大的市場(chǎng)份額。4.WindowsCE：MicrosoftWindowsCE是從整體上為有限資源的平臺(tái)設(shè)計(jì)的多線程、完整優(yōu)先權(quán)、多任務(wù)操作系統(tǒng)。5．嵌入式Linux:開(kāi)源的操作系統(tǒng)，應(yīng)用于商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。6.μC/OS：μC/OS-Ⅱ是一個(gè)可裁剪、源代碼開(kāi)放、結(jié)構(gòu)小巧、搶先式的實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)，主要面向中小型嵌入式系統(tǒng)，7.

FreeRTOS：FreeRTOS是一個(gè)小型RTOS，能較好地完成對(duì)任務(wù)、時(shí)間、信號(hào)量的管理。8.Android：是一種基于Linux的自由及開(kāi)放源代碼的操作系統(tǒng)，主要使用于移動(dòng)設(shè)備。9.SylixOS：中航科工三院三部完全自主OS，應(yīng)用于軍方和核心部門。

典型嵌入式操作系統(tǒng)1.5嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法

1.5.1嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述1.軟件設(shè)計(jì)的一個(gè)顯著特點(diǎn)：需要一個(gè)交叉編譯和調(diào)試環(huán)境，即源代碼的編譯工作在宿主機(jī)Host上進(jìn)行，程序編譯好后，需要下載到目標(biāo)機(jī)Client上運(yùn)行。2.嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則：“物盡其用”，即在整個(gè)嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，始終貫穿“物盡其用”的原則。3.嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)所面臨的問(wèn)題：微處理器及操作系統(tǒng)的選擇、開(kāi)發(fā)工具的選擇。

1.嵌入式系統(tǒng)需求分析2.嵌入式體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.嵌入式硬軟件及執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)4.嵌入式系統(tǒng)集成5.嵌入式系統(tǒng)測(cè)試1.5.2嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟

1.5.3嵌入式系統(tǒng)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法不帶嵌入式操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

嵌入式系統(tǒng)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法基于嵌入式操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

1.5.4嵌入式系統(tǒng)的硬軟件協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)嵌入式系統(tǒng)的硬軟件協(xié)同設(shè)計(jì)方法1.6嵌入式系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

1.6.1設(shè)計(jì)過(guò)程

1.非標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)2.沒(méi)有優(yōu)先級(jí)別的操作系統(tǒng)3.具備優(yōu)先級(jí)別的操作系統(tǒng)4.更改的桌面型操作系統(tǒng)1.6.2嵌入式操作系統(tǒng)的選擇

1.開(kāi)發(fā)工具的選擇2.開(kāi)發(fā)工具的制作3.嵌入式操作系統(tǒng)的裁減與移植4.應(yīng)用程序的編寫、編譯和燒錄5.應(yīng)用程序的調(diào)試1.6.3嵌入式軟件開(kāi)發(fā)工具鏈的構(gòu)建1.7嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與調(diào)試工具

1.7.1嵌入式系統(tǒng)硬件開(kāi)發(fā)與調(diào)試工具1.內(nèi)部電路仿真器(In-CircuitEmulator,ICE)2.ROM監(jiān)控器(ROMmonitor)3.在線調(diào)試(On-ChipDebugging,OCD)/在線仿真(On-ChipEmulator，OCE)4.串行口5.發(fā)光二極管6.示波器7.邏輯分析儀

1.7.2嵌入式系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)工具1